Năm 1966, trong bộ phim khoa học viễn tưởng Fantastic Voyage, một nhóm các nhà khoa học đã thu nhỏ một chiếc tàu ngầm và đưa nó vào cơ thể người bệnh nhằm loại trừ cục máu đông trong mạch máu não của anh ta. Bạn cũng có thể đã xem vài bộ phim với những cỗ máy siêu nhỏ xâm nhập vào bên trong cơ thể người. Ngày nay, khoa học đang từng bước đưa những ý tưởng “điên rồ” đó thành hiện thực. Chỉ có điều thay vì chế tạo những cỗ máy phức tạp, các nhà khoa học sử dụng chính một thực thể có sẵn trong tự nhiên: vi khuẩn. Trong số các ứng dụng y học của vi khuẩn, dùng vi khuẩn để điều trị ung thư đã và đang được chú ý như một liệu pháp đầy tiềm năng.
Mục lục
Dược phẩm nano và các nanorobot
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo khá nhiều hệ thống vi mô với kích thước nano (một phần tỷ mét) nhằm ứng dụng chẩn đoán và điều trị bệnh, đặc biệt là đối với điều trị ung thư, đây được coi là nhũng nguyên mẫu đầu tiên của nanorobot. Kể từ năm 1995, hơn 50 loại dược phẩm nano, về cơ bản là một loại vỏ bọc nano chứa thuốc bên trong, đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận. Ưu điểm của dược phẩm nano là nó dễ dàng đi xuyên qua các màng sinh học với kích thước bé nhỏ của mình, và bảo vệ thuốc chứa bên trong không bị biến tính bởi những phản ứng sinh hóa trong cơ thể.
Loại dược phẩm nano đầu tiên được cấp phép là DOXIL, một lớp vỏ bọc lipid nano chứa bên trong là hóa chất doxorubicin. Một mũi tiêm sẽ đưa thuốc này vào hệ thống mạch máu, các phân tử nano sẽ tìm đến và tích lũy trong khối u, giải phóng thuốc chậm rãi để tiêu diệt tế bào ung thư. Đây có thể coi là dạng “sơ khai” của nanorobot được ứng dụng trong lâm sàng.
Tuy nhiên, để có thể coi những hạt nano này là robot thực thụ như … trong phim, chúng phải có những đặc điểm của một robot, như là khả năng cảm ứng, tự tính toán, điều hướng, hoặc di chuyển chủ động. Trong đó, khả năng điều hướng các vi hạt nano đến vị trí chính xác của khối u được coi là “át chủ bài” của công nghệ.
Một phân tích tổng hợp năm 2016 đánh giá hiệu quả của các thử nghiệm vi hạt nano trên động vật trong vòng 10 năm cho thấy chưa đến 1% các hạt nano được đưa vào cơ thể thực sự tới được khối u. Tỉ lệ này được cải thiện hơn một chút khi các nhà khoa học gắn vào bề mặt hạt nano những kháng thể hoặc các peptid có thể liên kết với những thụ thể đặc hiệu trên bề mặt tế bào ung thư.
Làm thế nào để điều hướng các “nanorobot” vẫn là câu hỏi đau đầu cho đến hiện tại. Việc lập trình đường đi của các vi hạt vẫn còn là điều khá … viễn tưởng. Một ý tưởng khác là sử dụng những lực từ bên ngoài như từ trường hay sóng siêu âm để thu hút hạt nano đến khối u, tuy nhiên chuyển động của hệ tuần hoàn khiến cho những hạt kích thước rất nhỏ này rất khó khăn để tập cùng tập trung về một hướng.
Giải pháp đến từ những vi khuẩn nhỏ bé
Con người luôn tìm thấy giải pháp từ giới tự nhiên. Và giải pháp trong trường hợp này đến từ vi khuẩn. Những sinh vật nhỏ bé này có thể di chuyển thông qua cơ cấu quay kiểu xoắn ốc của lông đuôi trên cơ thể chúng. Không chỉ có khả năng di chuyển chủ động, vi khuẩn còn có thể cảm nhận các tín hiệu hóa học, sinh học để điều chỉnh quỹ đạo di chuyển của mình. Sử dụng vi khuẩn làm “tàu chở thuốc” đang là hướng đi được các nhà khoa học nhắm tới trong giai đoạn hiện nay.
Ý tưởng dùng vi khuẩn để điều trị ung thư không phải là điều gì mới mẻ. Một trong những báo cáo sớm nhất về “vi khuẩn liệu pháp” đã có từ cuối thế kỉ 19 do bác sĩ William Coley thực hiện.
Ông nhận thấy một số bệnh nhân ung thư khi bị nhiễm trùng da thì triệu chứng ung thư lại được cải thiện theo hướng tốt hơn! Từ đó, ông bắt đầu tiêm độc tố vi khuẩn, vi khuẩn bất hoạt, hoặc thậm chí vi khuẩn sống thuộc chủng Streptococcus được nuôi cấy cho bệnh nhân ung thư xương và ung thư mô mềm. Đáng ngạc nhiên là biện pháp này đã phát huy hiệu quả, giúp bệnh thuyên giảm phần nào. Đó là một ý tưởng táo bạo và đột phá. Nhưng vào thời đó, kháng sinh chưa ra đời, và nguy cơ nhiễm trùng mất kiểm soát luôn treo lơ lửng trên đầu người bệnh. Mặt khác, sự xuất hiện của các phương pháp điều trị ung thư hiệu quả hơn như hóa trị, xạ trị đã khiến “vi khuẩn liệu pháp” bị rơi vào quên lãng.
♥ Đọc thêm: Hóa chất điều trị ung thư, những điều cần biết
♥ Đọc thêm: Xạ trị ung thư, những điều cần biết
Vào những thập niên 70-80 của thế kỉ trước, việc sử dụng vi khuẩn để điều trị ung thư một lần nữa trở lại. Bacillus Calmette-Guérin (BCG) là tên một loại vaccin chứa vi khuẩn được làm yếu đề phòng ngừa bệnh lao. Điều đặc biệt là BCG đã được sử dụng ở nhiều nơi để điều trị … ung thư bàng quang. Cơ chế của liệu pháp này, tương tự như ý tưởng của Coley, là dùng vi khuẩn kích thích hệ thống miễn dịch của người bệnh để chống lại ung thư.
Tại sao vi khuẩn có thể chống lại được ung thư?
Một đặc điểm thường gặp của khối u, đặc biệt với các u đặc, là tình trạng thiếu oxy. Điều này gây ra do sự mất cân đối cung – cầu oxy, khi các tế bào ung thư tăng sinh vô độ, trong khi khả năng cung cấp oxy của hệ thống mạch máu thì có hạn. Khối u càng to thì vùng trung tâm càng dễ bị thiếu oxy, và dẫn tới hoại tử. Mặt khác, việc tưới máu kém cũng khiến cho hệ miễn dịch ít tác động đến khối u hơn. Đó là môi trường sống lý tưởng của nhiều chủng vi khuẩn kị khí (không cần oxy để sinh trưởng). Khi đưa một loại vi khuẩn như vậy vào cơ thể, chúng sẽ đến và “định cư” trong khối u – đây chính là khả năng nhắm mục tiêu đích mà các nhà khoa học đều ao ước.
Khi đã lọt vào khối u, quần thể vi khuẩn sẽ sinh sôi và tiêu diệt các tế bào ung thư bằng nhiều cách:
- Cạnh tranh chất dinh dưỡng với các tế bào ung thư
- Tiết ra các độc tố làm chết tế bào ung thư
- Kích thích các tế bào miễn dịch xâm nhập vào khối u để tìm diệt vi khuẩn, đồng thời diệt cả các tế bào ung thư
Trong một bài báo xuất bản trên Tạp chí Khoa học Việt Nam, các nhà nghiên cứu đã đưa ra 6 tiêu chí về một chủng vi khuẩn lý tưởng có thể được dùng để điều trị ung thư:
- Không gây hại cho vật chủ
- Chỉ có thể sinh trưởng trong khối u
- Có khả năng di động và phân bố đều trong khắp khối u, kể cả những vùng ít oxy
- Có thể bị loại bỏ từ từ và hoàn toàn khỏi vật chủ
- Không gây ra phản ứng miễn dịch của cơ thể
- Có thể gây ly giải khối u bằng cách cạnh tranh chất dinh dưỡng hoặc tiết ra độc tố làm chết tế bào u.
Trên thực tế, để chọn ra một loại vi khuẩn thỏa mãn cả 6 tiêu chí này là điều không dễ dàng. Tuy nhiên nhờ sự tiến bộ của sinh học phân tử, hóa học, khoa học vật liệu, khoa học máy tính, những hướng phát triển mới của liệu pháp dùng vi khuẩn để điều trị ung thư đã được mở ra. Giờ đây, người ta có thể can thiệp vào bộ gen của vi khuẩn, “thiết kế” những đoạn mã di truyền để điều chỉnh cấu trúc của chúng theo ý muốn của chúng ta. Dưới đây là một số thành tựu hết sức thú vị mà các nhà khoa học đã đạt được.
Vi khuẩn “đầu độc” khối u
Công ty công nghệ sinh học BioMed Valley Discoveries đã thử nghiệm đối với bào tử của Clostridium novyi NT– một loài vi khuẩn kị khí bắt buộc – đã bị làm yếu bằng cách sốc nhiệt để không tạo ra độc tố gây chết người. Sau khi đưa vi khuẩn vào hệ tuần hoàn, chúng sẽ tìm đến và phân bố trong khối u rồi làm hoại tử vùng trung tâm khối u, nơi ít được tưới máu và thiếu oxy nhất. Nếu kết hợp với hóa chất điều trị ung thư, hóa chất sẽ tiêu diệt nốt phần ngoại vi của khối u.
Một nghiên cứu năm 2001 trên chuột cho thấy hiệu quả “đáng gờm” khi kết hợp Clostridium novyi NT với hóa chất diệt ung thư Dolastatin-10 và mitomycin C.
Theo một báo cáo năm 2014, thử nghiệm tiêm trực tiếp Clostridium novyi NT vào khối u trên chuột, chó, và những thử nghiệm đầu tiên trên người đã cho thấy những phản ứng chống ung thư “mạnh mẽ, chính xác và liên tục”.
Bom vi khuẩn
Trong số các loài vi khuẩn được sử dụng để điều trị ung thư, vi khuẩn Salmonella (một loại vi khuẩn gây bệnh đường tiêu hóa) có nhiều đặc điểm nổi bật như khả năng tồn tại trong các khối u ác tính, có sẵn độc tính tự nhiên để diệt tế bào u.
Nhà khoa học Jeff Hasty, thuộc trường đại học California hợp tác với kĩ sư Sangeeta Bhatia thuộc Viện kĩ thuật Masachuset (MIT) đã tạo ra một chủng vi khuẩn thuộc loài Salmonella enteria đã biến đổi gen để làm suy yếu khả năng gây bệnh. Vi khuẩn này được đưa vào khối u và sẽ nhân lên, khi đạt tới một mật độ “dân số” nhất định, sẽ xảy ra phản ứng tự ly giải khiến số lượng lớn vi khuẩn chết đi và giải phóng độc tố diệt tế bào ung thư. Số lượng vi khuẩn còn sống lại tiếp tục sinh sôi cho đến chu kì tiếp theo. Điều này khiến độc tố được đưa vào khối u đều đặn giống như một quả bom hẹn giờ. Công nghệ độc đáo này hiện đang được thử nghiệm trên chuột.
Vi khuẩn chứa khí
Mikhail Shapiro và cộng sự thuộc trường đại học California lại có một ý tưởng khác là mã hóa gen của vi khuẩn và cổ khuẩn để tạo ra những cấu trúc nano dạng túi có chứa khí bên trong. Các vi bọt khí này chính là chất tương phản tuyệt vời đối với siêu âm, giúp cho các bác sĩ biết được vi khuẩn di chuyển đến đâu trong cơ thể. Những chủng vi khuẩn có ái lực với khối u và việc chúng tích tụ trong đó sẽ chỉ điểm cho bác sĩ biết vị trí, kích thước cũng như tiến triển của khối u theo thời gian. Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc mã hóa 2 loài vi khuẩn là E.coli và Salmonella để định vị các khối u đường ruột của chuột.
Vi khuẩn từ tính
Sylvian Martel và cộng sự thuộc trường Đại học bách khoa kỹ thuật Montreal (Canada) đã tạo ra một chủng vi khuẩn “từ tính” gọi là MC-1, sau đó tiêm chúng vào gần khối u của chuột thí nghiệm. Sở dĩ gọi là từ tính vì chủng vi khuẩn này có khả năng hấp thu các hạt nano chứa vật liệu ái từ (chịu tác động của từ trường) vào trong màng tế bào của chúng. Sau đó, các nhà khoa học có thể sử dụng chúng như một chất tương phản hình ảnh trong chụp cộng hưởng từ (giống như khí đối với siêu âm). Xa hơn nữa, nhóm nghiên cứu còn có thể “điều khiển” vi khuẩn xâm nhập vào khối u bằng từ trường.
Vi khuẩn quang điện
Di-Wei Zheng và cộng sự tại Đại học Vũ Hán (Trung Quốc) đã sử dụng ánh sáng để tăng cường hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn E.coli. Cụ thể họ tìm cách gắn các hạt vật liệu nano bán dẫn lên bề mặt vi khuẩn, và khi được chiếu sáng, các hạt này sẽ sinh ra hiệu ứng quang điện. Chúng kích hoạt phản ứng khiến vi khuẩn sản xuất ra các phân tử nitrat nội sinh, sau đó tổng hợp và giải phóng ra một dạng oxit nitric có hiệu quả gây độc tế bào gấp 37 lần thông thường. Trên chuột thí nghiệm, chất này đã làm giảm đến 80% sự phát triển của khối u.
Sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ trong kỉ nguyên 4.0 hứa hẹn sẽ còn khai thác nhiều hơn nữa tiềm năng của những vi khuẩn nhỏ bé trong công cuộc phòng chống và điều trị ung thư.
♥ Đọc thêm: Khả năng chống ung thư của nghệ vàng, lời đồn và sự thật
